(57)【要約】【課題】簡略な構成にて、走行以外の段差の乗り越えや階段の昇降等も容易にしかも安定して行えるようにした４脚移動ロボットを提供する。【解決手段】略一直線上に配置した股関節１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに、伸縮可能な４脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを前後に回動可能に備え、各脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの先端に走行装置３９を設ける。【選択図】図１
2005046950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略一直線上に配置した股関節に、伸縮可能な４脚を前後に回動可能に備え、各脚の先端に走行装置を設けたことを特徴とする４脚移動ロボット。
【請求項２】
前記股関節が略一直線上に４個配置され各股関節に前記４脚の各々が取り付けられ、且つ前記股関節の相互間が駆動装置により連結してあり、内側の２脚は別個又は同時に回動でき、外側の２脚は別個又は同時に回動できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の４脚移動ロボット。
【請求項３】
前記各脚に足首軸を介して足部を回動可能に取り付け、該足部に走行装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の４脚移動ロボット。
【請求項４】
前記足部の回動と走行装置の駆動を兼用する１つのアクチュエータを設けたことを特徴とする請求項３に記載の４脚移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平地走行、段差の乗り越え及び階段の昇降等を簡略な構成にて安定して行えるようにした４脚移動ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人が立ち寄れない危険な場所、ホームオートメーション、オフィスの物運びや警備、工場巡回等に種々の無人移動ロボットが提案されている。
【０００３】
ロボットの移動方法として、車輪の高速移動性能と脚の段差乗り越え性能をもつ脚車輪型がある。例えば蜘蛛足型の移動ロボットの各足に設けた車輪で走行し、階段等の段差は、足を適宜上げ下げして、昇降移動するようにしたものが特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開昭５９−１５２０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、足が４脚以上あると、段差を昇降する際には、それぞれの脚に自由度があるため、各脚の上げ下げのための機構や制御が複雑になり、各脚部の重量が増加し、移動速度が低下するという問題がある。
【０００５】
一方、人間と同様に２脚の構造とした場合には、機構は比較的簡単になるが、自由度は少なくなり、ロボット本体の重心を取ることが難しく、制御が非常に複雑になり、しかも移動を駆動する装置の重量が増加し、簡略或いは効率的な駆動が難しいという問題がある。
【０００６】
また、中央の脚と左右の脚による３脚を備えて、松葉杖を用いた歩行のように重心移動を行いながら段部の乗り越えや階段の昇降が行えるようにしたものもある。この構成も機構は比較的簡単であるが、重心移動を行う際に、前後方向一点で支持する状態があるために、僅かな外力の作用やスリップ等によってロボットが転倒し易いという問題がある。
【０００７】
本発明は、簡略な構成にて、走行以外の段差の乗り越えや階段の昇降等も容易にしかも安定して行えるようにした４脚移動ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、略一直線上に配置した股関節に、伸縮可能な４脚を前後に回動可能に備え、各脚の先端に走行装置を設けたことを特徴とする４脚移動ロボット、に係るものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記股関節が略一直線上に４個配置され各股関節に前記４脚の各々が取り付けられ、且つ前記股関節の相互間が駆動装置により連結してあり、内側の２脚は別個又は同時に回動でき、外側の２脚は別個又は同時に回動できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の４脚移動ロボット、に係るものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記各脚に足首軸を介して足部を回動可能に取り付け、該足部に走行装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の４脚移動ロボット、に係るものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記足部の回動と走行装置の駆動を兼用する１つのアクチュエータを設けたことを特徴とする請求項３に記載の４脚移動ロボット、に係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、略一直線上に配置した股関節に、伸縮可能な４脚を前後に回動可能に備え、各脚の先端に走行装置を設けたので、走行時及び段差の乗り越えや階段の昇降時にも、常に３脚による３点支持ができるので、常に安定した移動が可能になる。
【００１３】
更に、股関節を略一直線上に４個配置し、各股関節間に駆動装置を配置したので、３個の駆動装置で４脚の回動を行うことができ、よって駆動装置の削減によりロボット自体の重量を軽減できる。
【００１４】
また、各脚に足首軸を介して足部を回動可能に取り付けて該足部に走行装置を設けたので、段差の乗り越えや階段の昇降時に足部でしっかり支持することができる。
【００１５】
また、足部の回動と走行装置の駆動を兼用する１つのアクチュエータを設けたので、アクチュエータの削減によりロボット自体の重量を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の４脚移動ロボットの一例を示す概略正面図、図２は図１の４脚移動ロボットが階段を昇降している状態を示す側面図である。図１、図２において、１ａ，１ｂは、駆動装置２ａによって直線上に連結された股関節であり、該股関節１ａ，１ｂの夫々には、伸縮可能な内側の脚３ａ，３ｂが取り付けられている。内側の脚３ａ，３ｂは固定部４に対して伸縮脚５が伸縮駆動可能に接続されており、前記固定部４が股関節１ａ，１ｂに固定されている。
【００１８】
前記股関節１ａには、駆動装置２ｂを介して股関節１ｃが一直線上に連結されており、該股関節１ｃの端部には伸縮可能な外側の脚３ｃが取り付けられている。また、前記股関節１ｂには、駆動装置２ｃを介して股関節１ｄが一直線上に連結されており、該股関節１ｄの端部には伸縮可能な外側の脚３ｄが取り付けられている。前記外側の２脚３ｃ，３ｄは、前記股関節１ｃ，１ｄに固定部６が固定され、該固定部６に対して伸縮脚７が伸縮可能に連結されている。
【００１９】
前記股関節１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは互いに独立して各駆動装置２ａ，２ｂ，２ｃによって連結されていてもよく、または貫通した軸を備えて、該軸上に各股関節１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを回動可能に備えていてもよい。
【００２０】
また、図中８はロボット本体であり、該ロボット本体８は前記股関節１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに垂下されるように取り付けられていてもよく、または、前記内側２脚３ａ，３ｂの各固定部４に固定するようにした２個の本体から構成されていてもよい。
【００２１】
図３、図４は、前記脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの下端部の構成例を示したもので、脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに固定したブラケット４８に左右の足首軸４９を設け、該足首軸４９に足部３８を回転可能に取り付けている。更に、該足部３８の回転方向前後には車輪軸４０を介して２個の車輪３９ａ，３９ｂを取り付けた走行装置３９を備えている。この走行装置３９としてはクローラを用いてもよい。前記左右の足首軸４９には、該足首軸４９の軸中心を貫通して回転可能に支持された駆動軸５０を設け、該駆動軸５０と前記車輪軸４０との間をベルト或いはチェーン等の動力伝達部材５１により連結している。更に、前記脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに１つのアクチュエータ５２を設け、該アクチュエータ５２の回転軸５３に備えた駆動べベルギヤ５４と噛合する従動べベルギヤ５５を前記駆動軸５０に設けている。
【００２２】
更に、前記足部３８に、車輪３９ａ，３９ｂの回転を拘束するようにした車輪拘束手段５６を設ける。図１の車輪拘束手段５６は、足部３８に対して駆動軸５０の回転を拘束するブレーキ装置５７の場合を示している。この車輪拘束手段５６にはブレーキ装置５７の他にモータを用いてもよい。
【００２３】
以下に上記形態の作用を説明する。
【００２４】
図１、図２及び図５に示す如く、前記４脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、駆動装置２ａ，２ｂ，２ｃの駆動により、一直線上の股関節１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを中心に別個に回動する４脚歩行を行うことができ、また、内側の脚３ａ，３ｂを同時に回動すると共に、外側の脚３ｃ，３ｄを同時に回動する２脚歩行を行うことができる。
【００２５】
図５、図６は、脚３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによる４脚歩行モードを示し、また、図２、図７は、内側の脚３ａ，３ｂと外側の脚３ｃ，３ｄを同時に回動させる２脚歩行モードを示しており、図６、図７中、白抜きは遊脚（地面から離れている脚）、黒塗りは接地脚（地面に接している脚）を表わす。
【００２６】
図５、図６の４脚歩行モードでは、ステップＳ１〜Ｓ５に示す如く、常に３脚が設置した３点支持で移動できるので、安定した歩行が可能である。更に、この状態で図３、図４に示す車輪３９ａ，３９ｂまたはクローラの走行装置３９を駆動すると、安定した状態で高速移動することができる。
【００２７】
また、図２、図７の２脚歩行モードでは、ステップＳ１〜Ｓ３に示す如く、松葉杖を用いた歩行のように重心移動を行いながら段部の乗り越えや階段の昇降を行うために、重心移動を行う際に不安定になることが考えられるが、図３、図４に示す足部３８を設け、且つ車輪拘束手段５６を設けて車輪３９ａ，３９ｂの回転を拘束できるようにしているので、足部３８による安定性を高めることができる。
【００２８】
なお、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】４脚移動ロボットの一例を示す概略正面である。
【図２】図１の４脚移動ロボットが階段を昇降している状態を示す側面図である。
【図３】脚の下部の構成例を示す切断正面図である。
【図４】図３の左側面図である。
【図５】４脚歩行を行う状態を示す側面図である。  図５、切断正面である。
【図６】脚による４脚歩行モードの歩行を示す平面図である。
【図７】内側の２脚と外側の２脚を同時に回動させる２脚歩行モードを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ      股関節
２ａ，２ｂ，２ｃ    駆動装置
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ      脚
３８  足部
３９  走行装置
４９  足首軸
５２  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
2005046950.tif 000004
【図３】
2005046950.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005046950.tif 000007
【図６】
2005046950.tif 000008
【図７】
2005046950.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月30日(2003.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005046950.tif 000010
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005046950.tif 000011
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005046950.tif 000012
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2005046950.tif 000013
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2005046950.tif 000014